地球上のあらゆる海の中で、黒海は非常に特殊な存在である。 周囲を陸に囲まれ、幅1kmの小さな水路であるボスポラス海峡で地中海と直結していなければ、大きな湖と見間違うことさえあるのです。 陸に囲まれた海が、その特殊性を決定付けている。 「黒海への水の供給は、主に河川からである。 黒海の酸素の減少に関する論文の筆頭著者で、FNRS研究ディレクターのマリラール・グレゴワール率いるMASTの研究者、アーサー・カペはそう説明する。 「この淡水は海水より密度が低く、下層と混じることなく上層に定着します」。 なぜなら下層ははるかに塩分が多いからです。 その起源は、黒海の南西、ボスポラス海峡にある。 “ここでは、地中海と2層で交換が行われています。 表層の淡水は流出し、下層では塩水が流入し、濃度の高い層に向かって直接沈む」
塩分濃度に連動した永久成層、ハロクラインは深海から酸素を奪う。 したがって、海洋食物連鎖はこの境界の上で発達し、それ以下の海域は酸素が欠乏している。 「しかし、地中海からの流入は、その中間層にわずかながら酸素を供給している。 酸素を含むだけでなく、下降するときに表層水を巻き込みます。 しかし、この酸素は有機物の分解に伴い、非常に急速に消費されてしまう。” 何が起こるかというと、光合成によって表層で作られた有機物（プランクトン、藻類など）が分解されるか、栄養連鎖の他の種に消費されて排出されるのです。 いずれの場合も、これは最終的に沈んでいく。 分解には酸素が必要なので、下層に存在するわずかな蓄えが尽きてしまうのです」
「黒海の酸素のある、したがって居住可能な領域は、非常に制限された空間である」。 これは、盆地がほぼ完全に閉鎖されているためで、水平方向にも、この永久成層のために垂直方向にもそうである。 他の海域に比べ、この限られた空間は外部からの大きな影響にさらされています。 そのため、より敏感で、急激な進化を遂げることができるのです」とArthur Capetは説明する。 今回、研究者はこのような進化を観察することができました。 過去60年間のデータを集計したところ、黒海の酸素の豊富な表層は140メートルから90メートルにまで縮小していることがわかった。
季節成層と比較した永久成層
黒海では、塩分によって永久的な垂直成層が形成されます。 この永久成層に加え、水温による季節成層がある。 「冬になると、気温が下がり、風が強くなるため、表層水は冷たくなり、酸素が豊富になる」とアルチュール・カペは続ける。 しかし、冷たい水は温かい水より密度が高い。 しかし、冷たい水は温かい水より密度が高い。そのため、冷たい水は沈み、その中に含まれている酸素を一緒に取り込んでしまうのだ。 これが換気効果を生むのです。” この周期的な現象が、深層部に酸素を供給しているのです。 地中海の場合、冬に冷やされた表層水が底に沈み、盆地全体に酸素を供給している。 しかし、黒海では、深海より冷たいにもかかわらず、これらの水は永久ハロクラインに阻まれる。 密度という点では、最終的には塩分が温度よりも勝っている。 冷たい海水はここで旅を終え、酸素を保持する。 8842>
酸素の存在を確認するいくつかの診断法
この酸素に富んだ最上層の縮小を診断するために、Arthur Capetは、偏った結論を避けるために区別しなければならない二つの変動源を考慮する必要があった。 一方は時間的変動で、海中の酸素の存在の時間的な進化を見ることができ、もう一方は空間的変動である。 “酸素の浸透 “はすべての地域で一貫しているわけではありません。 特に海岸線に近いところでは、海流と海底の相互作用によって鉛直混合が促進されますし、ボスポラス海峡の近くでもそうです。 この時間的な変化を明確にイメージするためには、測定したすべての場所を考慮する必要がありました。 さらに、黒海の支配的な海流は、流域の中央で鉛直構造を持ち上げ、周辺部で下げる力を発生させるという、もう一つの難題がありました。 つまり、同じ水深であれば、沿岸の方が盆地の中央部よりも水の密度が低くなるのです」。 つまり、ハロクラインは水平な境界を形成するのではなく、ドームのような形をしているのです。 そこで研究者は、水深をメートル単位で、酸素濃度を密度で表し、酸素濃度を定量化した。 その結果、流域全体の一貫した平均値を求めることができ、水柱の正確な垂直プロファイルを確立することができた。 これらの数値と、自由に漂流し、水温、塩分、酸素の変化に関する衛星情報を送信するARGOブイが収集した数値をまとめることで、1955年から2015年の間に撮影された4000以上のプロファイルを比較することが可能になったのです。 これらすべての診断の平均を提案し、黒海の酸素量を目録化することで、最終的な観測は非常に正確で明白なものとなった。 酸素浸透量は20世紀後半を通じて減少し、1955年の140メートルから2015年にはわずか90メートルまで縮小した。
この漸減の背景には、2つの連続した原因があった。 最初はより豊富な栄養分、次に地球温暖化である。 1990年代まで、冷たい海の力学に連動した換気の強さは減少しなかった。 1990年までは、寒冷海域の力学に関連する換気量は減少せず、むしろ冬の厳しい時期には増加した年もあった。 したがって、溶存酸素の量も多くなるはずだった。 しかし、その濃度は水柱全体で下がり続けている。 気候に関係する物理的な反応ではなく、別のところに原因を求める必要があったのだ。 「現実には、この不足はこの時期の流域の大規模な富栄養化によって説明できる」とArthur Capetは文脈を説明する。 この時期は、ソビエト連邦の大好景気と重なり、巨大な農場と大規模な牧畜が行われた時期である。 しかも、この好景気には環境への配慮が欠けていたのです」。 繁殖にともなう肥料や有機廃棄物が川に流れ込み、黒海に流れ着いた。 硝酸塩やリン酸塩の含有量が非常に多く、それが一次生産を促していたのです。 「肥料は植物の成長を促すと同時に、藻類の生産にも影響を与えます。 藻類は、分解されたり消費されたりするときに酸素を消費します。 したがって、バイオマスが多ければ多いほど、酸素の消費量も多くなるのです」。 1990年、この栄養塩の流入は大きく減少した。 ソビエト帝国が崩壊し、この地域で経済的困難に遭遇した時期と重なるため、再び、地政学的、経済的な背景と関連しているようだ。 8842>
それでも、酸素濃度は再び上昇することはなかったんです。 それどころか、特に寒かった冬の数年間は変わらず、その後再び減少したのです。 今度は、地球温暖化が通風に影響を及ぼしていることが原因だったのです。 冬が暖かくなると、密度の高い水の量が減り、その水がハロックラインまで沈むと酸素濃度が低下する。 「この現象はさらに悪化する可能性がある。 以前は、この冷たい水の形成は毎年起こっていた。 しかし、この10年ほどの間に、断続的に冷水が発生するようになったのだ。 現在、分析中ですが、かつては毎年あった換気も、今では2〜3年に1度しか行われなくなっているようです。 この現象がもたらす結果はまだわかりませんが、いずれにせよ、私たちは変化するシステムを目撃しているのです」
この温暖化は、あまり広範囲ではなく、時々起こる混合に加えて、脱酸素につながる別の効果を覆い隠しています。 冷たい水の化学的性質の1つは、暖かい水よりも早く飽和状態になることを意味する。 水が冷たいほど溶存ガスが多くなり、その中には当然酸素も含まれる。 しかし、水温が高くなるにつれて、表層水は酸素を蓄えることができなくなる。 その結果、黒海の深海に酸素が行き渡らなくなるだけでなく、水柱全体でも酸素濃度が低下する。 水温上昇に伴う脱酸素は、全海洋に関わる地球規模の問題である。 今日、この問題は科学界で非常に深刻に受け止められています。
定量化される意味
この研究の目的は、何よりもデータの収集と分析によって、水柱に関連した物理プロセスを定量化することです。 力学は、空間と時間の両面で、現在、適切に理解されているようです。 しかし、これらの変動が生態系にどのような影響を与えるかは未知数です。 黒海のさまざまなシナリオを研究するためのモデルを、この新しいハロクライン、サーモクライン、オキシクラインのデータと統合し、それらの実際の影響をより正確に予測できるようにしなければならない。 しかし、いくつかの道はすでに開拓されている。 「黒海は、明らかにその生息域の大幅な縮小に直面しています。 植物プランクトンから深海で進化する捕食者まで、すべての生態系はこの層で形成されています。 光や栄養塩の有無によって、栄養連鎖全体が水柱の中で組織化される。 これまで水深140メートルで構成されていたこれらの栄養群間の相互作用は、水深90メートルで新たなバランスを見出さなければならない。 生態学的、経済的に影響が出るでしょう。 この地域の主要な活動の一つである漁業は、おそらくこの再編成に適応しなければならないでしょう」 FAOによると、2013年の漁獲量は37万6000トンにのぼったという。 かろうじて地中海全体の2倍は少ない。
有害な部外者
最後の1つのプロセスは監視されるに値する。 先に述べたように、バイオマスは腐敗する際に酸素を消費する。 酸素がなくなると、このバイオマスは腐敗を続け、バクテリアによる硫酸塩の消費と、猛毒のガスである硫化水素（H2S）の生成を引き起こす。 黒海は常に成層しているため、深海に蓋をするような形で硫化水素が蓄積され、現在では空前の濃度に達している。 酸素の浸透深度の浅化と硫化水素の発生深度の浅化が直接対応することを証明するものは、今のところない。 硫化水素が発生する深さと酸素が消滅する深さは、必ずしも一致しないのです」。 硫化水素が発生する深さは、酸素がなくなる深さとは必ずしも一致しません。 私たちは酸素に注目し、この帯の上部の境界で上昇することが研究で明らかになりましたが、下部では上昇しませんでした。 黒海の成層は、全体として安定した状態を保つと考えられます。 しかし、仮に硫化水素が上昇した場合、不安定な気候や地質条件によって、硫化水素が酸素を含む層を突き抜けてしまう可能性があるのです。 これは水生生物に大きな影響を与える可能性がある。 状況を判断し、H2Sの動態を解くためには、これからこれらのプロセスをモデル化し、その濃度を定量化し、インベントリー化する必要があります」
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